Gli scienziati della Stony Brook University hanno utilizzato una tecnica innovativa presso la National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), un U.S. Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility situato presso il Brookhaven National Laboratory, per rispondere a domande di lunga data nell'imaging medico.

Per la prima volta, il team di ricerca ha utilizzato singoli raggi X per caratterizzare la fisica del modo in cui la luce si muove all'interno degli scintillatori, un componente dei rivelatori di raggi X. Le loro scoperte potrebbero aiutare lo sviluppo di rilevatori di raggi X più efficienti per diagnosi mediche migliori.

L'imaging a raggi X è una tecnica diffusa per visualizzare le strutture interne della materia. In campo medico, l'imaging a raggi X viene utilizzato per generare immagini della struttura interna del corpo per scopi diagnostici e interventistici. Il metodo funziona proiettando i raggi X attraverso un paziente e catturandoli con un rilevatore di raggi X per produrre una "immagine ombra" del corpo del paziente. Mentre l'imaging a raggi X funziona in modo simile in tutte le sue applicazioni, presenta un problema distinto per l'industria medica.

"Ci sono sfide in competizione nell'imaging medico a raggi X, " ha detto Adrian Howansky, un dottorato di ricerca candidato presso il Centro di Scienze della Salute della SBU. "Vuoi rilevare il maggior numero possibile di raggi X per produrre un'immagine di alta qualità e fare la migliore diagnosi, ma è anche necessario limitare il numero di radiografie che si sottopongono al paziente per ridurre al minimo il rischio per la sicurezza".

I raggi X possono essere dannosi per i pazienti se ricevuti in dosi elevate o multiple. Ecco perché il team della SBU ha cercato di ottimizzare i rilevatori di raggi X comprendendo la fisica del loro funzionamento. Se potessero definire il modo esatto in cui questi rilevatori producono un'immagine, il team ha potuto identificare metodi per migliorare le immagini senza aumentare il numero di raggi X inviati attraverso il paziente. Per fare questo, gli scienziati hanno studiato il componente più cruciale del rivelatore di raggi X, chiamato lo scintillatore. Questo materiale, il cui spessore può arrivare fino a 200 micrometri, è responsabile dell'assorbimento dei raggi X e della loro trasformazione in esplosioni di luce visibile.

"Fino al nostro esperimento qui a NSLS-II, nessuno è stato in grado di descrivere con precisione come la luce si muova all'interno degli scintillatori per formare un'immagine, "Ha detto Howansky.

Quello che gli scienziati sapevano è che quando la luce rimbalza intorno a uno scintillatore prima che venga rilevata, produce "sfocatura" che riduce la risoluzione dell'immagine. Variazioni casuali in quella sfocatura possono anche contribuire al rumore aggiuntivo all'immagine a raggi X. Se questo fenomeno potesse essere osservato e compreso direttamente, gli scienziati potrebbero identificare modi per migliorare le prestazioni dei rilevatori di raggi X e la qualità delle immagini che producono e ridurre il numero di raggi X necessari per creare immagini utilizzabili.

Il team della SBU ha cercato le fonti di questo rumore analizzando diversi tipi di scintillatori alla linea di luce 28-ID-2 a NSLS-II. Utilizzando un nuovo approccio, gli scienziati hanno ripreso i singoli raggi X in punti noti nello scintillatore per eliminare i fattori di confondimento.

"Mettendo singoli raggi X a precise profondità all'interno degli scintillatori, siamo stati in grado di caratterizzare esattamente come la luce si disperde e viene raccolta da diversi punti di origine. Questo ci permette di individuare ogni fonte di rumore nelle immagini prodotte dagli scintillatori, " Howansky ha detto. "Siamo il primo gruppo in grado di misurare direttamente questo fenomeno grazie alle risorse di NSLS-II".

Rick Lubinsky, un assistente professore di ricerca in radiologia presso SBU, disse, "È incredibile quello che siamo in grado di fare con l'aiuto degli scienziati della linea di luce dell'NSLS-II. Hanno creato il raggio di raggi X perfetto per la nostra ricerca:il giusto livello di energia e la forma giusta. Il raggio era così sottile che noi potrebbe effettivamente spostarlo su e giù all'interno dello scintillatore e risolvere ciò che stava accadendo. La luminosità e l'intensità del raggio sono incredibili".